PDF《新能源材料》

新能源材料 讲课老师:连芳 E-mail: lianfang@mater.

ustb.edu.cn 办公地点:无机楼202 2019年4月 授课内容: 1. 新能源简介 2. 化学电源基础理论和知识 3. 锂离子电池及关键材料 4. 燃料电池及关键材料 教材、参考书籍 教材 ? 连芳,《电化学储能器件及关键材料》,冶金工业出版社, 2019年7月即将出版 ? 陈军、陶占良、苟兴龙,《化学电源-原理、技术与应用》, 化学工业出版社,2006年?雷永泉,《新能源材料 》,天津大学出版社,2000年 参考书 ? 1. 吴宇平,《锂离子电池》,化工出版社,2004年?2.杨军、谢晶莹、王久林,《化学电源测试原理与技术》,化工出版社, 2006.6 ? 3. 衣宝廉,《燃料电池》,化工出版社,2003年?4.毛宗强,《氢能:21世纪绿色能源》,化工出版社,2005年?5. 高虹、张爱黎,《新型能源技术与应用》,国防工业出版社,2007年§1.1.1 人类社会对能源的需求 a) 世界人口数量在不断增长,人口倍增时间不断缩短 1).人口数量 1804年世界人口达到10亿人 123年 历时 1927年达到20亿人 1960年达到30亿人 1974年达到40亿人 1987年就上升到50亿人 1999年10月12日 60亿人口日 33年 历时 14年 历时 13年 历时 截止2019年04月23日,全球

230 个国家人口总数为75亿7仟9百万 12年2011年10月31日凌晨,成为象征性的全球 第70亿名成员之一的婴儿在菲律宾降生. 12年§1.1人类面临的能源现状及开发新能源的迫切性 §1. 能源与新能源 b)目前, 全球人口超过半数居住在6个国家 人口数量居世界前五位的国家是: c)世界人口分布极其不平衡 发达地区占19%,欠发达地区占 81% 世界排名 国家 人口数量 增长率 人口密度(公里? )

1 中国 1,395,380,000 0.39% 139.60

2 印度 1,354,051,854 1.11% 411.87

3 美国 326,766,748 0.71% 34.86

4 印度尼西亚 266,794,980 1.06% 140.08

5 巴西 210,867,954 0.75% 24.76 2).能源需求的持续增长

2017 年,一次能源消费量达到135*108t 油当量,平均增长 2.2%, 是2013 年以来的最快增速,过去十年的平均增速为 1.7%. 《BP世界能源统计年鉴》

2017 年一次能源消费中,全球石油消费量平均增长了 1.8%,天然气增长 了3% ,煤炭增长了 1% .石油、煤炭和天然气等一次能源在能源结构中 地位不言而喻.同时,可再生能源发电量增长了 17%,即69*106t 油当 量,高于过去十年的平均增速. 《BP世界能源统计年鉴》 3)能源面临枯竭的前景 石油 天然气 煤 合计 探明储量(91年底) 估计增加储量 合计资源量 累计需求量 (1990-2020年)

1350 650

2000 1000

1140 1060

2200 680

5200 28800

34000 850

7700 30500

38200 2530 单位:亿吨标准油 1990-2020年矿物能源预测 BP集团首席经济学家克里斯多夫・ 鲁尔指出: 全球石油大约还有40年左右的储备量,天然气储备量还有63年, 而煤炭储备量只剩下百来年 . 英国石油公司BP是世界上最大的能源公司之一.在全球100多个国家从事生产和经营活动,员工总数超过10万名. 4)化石燃料燃烧造成的环境污染 ? CO2-温室气体 大气中CO2浓度升高 南极上空 1860年280mg/l 1992年355mg/l 2006年约370mg/l 后果:极端天气事件的频发(夏季暖夜、霜冻 、热带气旋、温带气 旋、旱涝、龙卷风、冰雹 、连续5天最大降水量、 降雪量) 据估计,1991-2000年的十年里,全球每年受到气象水文灾害影响 的平均人数为2.11亿,是因战争冲突受到影响人数的7倍.亚洲是遭 受自然灾害袭击最频繁的大陆,在1990-2000年间,此地区自然灾 害占全球所有极端气候事件的43%. 根据最近的统计,全球气候变化及相关的极端气候事件所造成的经济 损失在过去40年平均上升了10倍. 当代气候变化最核心的问题 是由温室效应加强引起的全球变暖 2006年12月13日,在莫斯科动物园内,本该冬眠的熊依然在户外活动. GHG ? CO2 emission by Vehicle is 51%of the total in city. ? Green house gas emission from transportation in USA is 25% of the total. 目标:2020年我国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%-45% PM2.5 PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物,也称为可入肺颗粒物. 与较粗的大气颗粒物相比,PM2.5粒径小,富含大量的有毒、有害物质且在 大气中的停留时间长、输送距离远,因而对人体健康和大气环境质量的影响 更大. ? 1)能源是人类发展的根本保证,煤炭、石油、天然气等化 石燃料是不可再生能源,其储量有限. ? 2)能源问题与资源问题密切相关,化石燃料的日益枯竭, 加之分布不均,受到地区的限制,因此引发战争也是不可避 免的. ? 3)化石燃料的大量使用对大气和环境造成了严重污染,对 生态系统合人类本身带来了损害.世界气候异常,酷热、严寒、洪水、海啸肆虐地球.面临连锁反应能源的问题必须解 决. 能源---资源---环境 §1.1.2开发新能源和新能源材料的必要性 新能源和再生清洁能源技术 是21世纪世界经济发展中最具有决定性影响的领域之一 五个技术领域 秦山3期核电站 大亚湾核电站 太阳能 氢能 核能 海洋能 风能 地热 生物质能…… §1.2 新能源 §1.2.1 太阳能 ? 太阳表面温度约为6*103K,中心温度为107K,压力高 达3*106Pa;